(57)【要約】【課題】少ない個数の超音波探触子、あるいは最小限の範囲の走査によって、広範囲の検査をオンサイトで実現可能とする。【解決手段】固相間界面１５に沿って伝播する超音波（６２）を探傷に用いる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固相間界面に沿って伝播する超音波を用いることを特徴とする固相間界面の探傷方法。
【請求項２】
音速の遅い側の固相から固相間界面に向けて斜めに超音波を入射させ、当該界面に沿う方向に伝播方向を屈折させ、界面を伝播させることを特徴とする請求項１に記載の固相間界面の界面探傷方法。
【請求項３】
前記超音波が、水平偏波横波超音波（ＳＨ波）又は垂直偏波横波超音波（ＳＶ波）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固相間界面の探傷方法。
【請求項４】
前記固相間界面が、クラッド鋼の接合界面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固相間界面の探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固相間界面の探傷方法に係り、特に、クラッド鋼板の工場出荷時の品質検査や、海面付近に立設されたクラッド鋼管のオンサイトでの腐食検査に用いるのに好適な、少ない個数の超音波探触子、あるいは、最小限の範囲の走査によって、広範囲の検査を実現可能な固相間界面の探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッド鋼板は、普通鋼の母材にステンレス鋼やチタンの合わせ材を接合した鋼板であり、ステンレス鋼鋼板やチタン板を使用する場合に比較して、安い材料費でステンレス鋼鋼板やチタン板と同等の耐食性、耐磨耗性及び電気伝導性等を発揮させようとするものである。
【０００３】
このクラッド鋼板を丸めて管状としたクラッド鋼管の新たな用途として、図１に示す如く、海洋構造物や沿岸構造物等のジャケット構造における飛沫干満帯への適用が検討されている。図において、１０は一般鋼管、１２は、図２に示す如く、例えば鋼製の母材１６の表面にステンレス製の合わせ材１４を圧延や爆着により接合したクラッド鋼管である。
【０００４】
このようなジャケット構造においては、海水面ＡＰに位置するクラッド鋼管１２が、合わせ材１４に、ある条件下において稀に隙間腐食１８を生じることがあり、腐食が合わせ材１４を越えて母材である鋼に達すると腐食速度は急激に速くなるため、定期的に検査する必要がある。この際、検査対象が広範囲であるため、効率的且つ簡便な手法が望まれる。又、海洋汚染防止の観点から、付着海洋生物を除去しないで検査できることが望まれる。
【０００５】
このような観点から、超音波探傷法が有望である。超音波探傷法として板厚測定に一般的に用いられている垂直超音波探傷法は、図３に示す如く、検査対象２０の表面２１に垂直に超音波探触子２４から縦波超音波２６を入射し、底面２２で反射させて板厚減少量を測定するものである。
【０００６】
例えば特許文献１には、図４に示す如く、超音波の送信器３０から超音波探触子２４に信号を送って超音波２６を発信させ、図５に例示するような、母材１６と合わせ材１４の界面１５による反射エコー（界面エコーと称する）Ｆと底面２２からの反射エコー（底面エコーと称する）Ｂを受信・増幅器３２で受信・増幅し、超音波の送信と、それぞれのエコーを受信するまでの時間Ｔ1、Ｔ3及び合わせ材１４、母材１６の音速から、合わせ材１４の厚さｔ1や母材１６の厚さｔ2やクラッド材１３の厚さｔ3を計測することが記載されている。図において、４０は、クラッド材１３の表面から界面１５及び底面２２迄の超音波の伝播時間を計測するためのクロックパルスを発生するクロックパルス発振器、４２は、該クロックパルス発振器４０が発生するクロックパルスをカウントして、超音波の送・受信タイミング及び計時タイミングを決定する制御信号を発生するタイミング回路、４４は、伝播時間を計測する時間範囲を設定するためのゲート、４６は、前記クロックパルス発振器４０からのクロックパルスをカウントして、超音波の伝播時間を計測する計時器、４８は、合わせ材１４の音速を設定するための第１音速設定器、５０は、母材１６の音速を設定するための第２音速設定器、５２は、測定結果に基づいて、合わせ材１４の厚さｔ1、母材１６の厚さｔ2、クラッド材１３の厚さｔ3を計算するための演算器、５４は表示器、５６はプリンタ、５８は波形モニタである。
【０００７】
このような合わせ材の厚み測定方法によれば、腐食や摩擦損耗等によって、母材１６あるいは合わせ材１４の板厚が減少した場合には、これを検出することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２１９７５０号公報
【特許文献２】特開２０００−１４６９２７号公報
【特許文献３】特開平９−７２８８７号公報
【特許文献４】特開２００２−９０３５３号公報
【特許文献５】特開２００２−２４３７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなクラッド材の厚み測定技術では、超音波２６が界面１５に垂直に入射されており、又、１個の超音波探触子２２が発する超音波の有効な波面は限られた面積であることから、広い面積を検査するためには、非常に多くの超音波探触子を並置するか、あるいは、特許文献２に記載されているように、超音波探触子を機械的及び／又は電子的に２次元走査する等の必要があった。これは、特に、図１に示したような海洋構造物や沿岸構造物等のジャケット構造で用いられている、一部が海中に没したクラッド鋼管１２のオンサイトでの探傷に用いることは実質上不可能である。
【００１０】
一方、図６（（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図）に示す如く、振動子６１を含む斜角探触子６０を用いて入射した、表面を伝播する横波超音波６１により広範囲の探傷を可能とした表面横波超音波探傷法も、特許文献３乃至５に記載されている。しかしながら従来は、表面を伝播する横波超音波によって表面に存在する欠陥を検出しようとするものであり、母材と合わせ材の界面の探傷に用いることは考えられていなかった。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、少ない個数の超音波探触子、あるいは最小限の範囲の超音波探触子の走査によって、広範囲の検査をオンサイトで実現可能な固相間界面の探傷方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、固相間界面の探傷に際して、固相間界面に沿って伝播する超音波を用いることにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、音速の遅い側の固相から固相間界面に向けて斜めに超音波を入射させ、当該界面に沿う方向に伝播方向を屈折させて界面を伝播させるようにしたものである。
【００１４】
又、前記超音波を、水平偏波横波（Ｓｈｅａｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）超音波（ＳＨ波）又は垂直偏波横波（Ｓｈｅａｒ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ）超音波（ＳＶ波）としたものである。
【００１５】
又、前記固相間界面を、クラッド鋼の接合界面としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、固相間界面に沿って伝播する超音波による長距離での検査が可能となり、少ない個数の超音波探触子、あるいは、最小限の範囲の超音波探触子の走査によって、広範囲の検査をオンサイトで行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
まず、固相間界面への超音波の入射方法について説明する。図７は、密度の異なる２種類の物質（例えば合わせ材１４と母材１６）が接した状態にあるときの超音波の入射角θｉと屈折角θｒを説明したものである。異なる２種類の材料中の音速をそれぞれＣｉ、Ｃｒとすると、入射角θｉと屈折角θｒの関係は、スネルの法則によれば、次式に示す如くとなる。
【００１９】
Ｃｒ・sinθｉ＝Ｃｉ・sinθｒ        …（１）
【００２０】
図８（（Ａ）は超音波の往路の断面図、（Ｂ）は同じく平面図、（Ｃ）は超音波の復路の断面図、（Ｄ）は同じく平面図）は、表面ＳＨ波を利用した本発明の第１実施形態の概念説明図である。図において、６０はＳＨ表面波探触子、１４は合わせ材、１６は母材、１５は、合わせ材１４と母材１６の接合界面、１９は、合わせ材１４及び母材１６を貫通した空洞欠陥、６２、６４は超音波の伝播経路である。
【００２１】
合わせ材１４と母材１６の材質によって決定されるそれぞれの音速に応じて、（１）式により、合わせ材１４側から入射させた送信超音波（単に送信波と称する）６２が接合界面１５で該界面に沿った方向に屈折するような入射角Ｃｉを選定すると、図８（Ａ）（Ｂ）に示す如く、送信波６２は界面１５に沿って長距離を伝播する。このとき、接合界面１５に、腐食等による空洞欠陥１９があると、ここで反射した超音波（反射波と称する）６４は、図８（Ｃ）（Ｄ）に示す如く、合わせ材１４の中を伝播して、エコーとして超音波探触子６０で検出することができる。
【００２２】
本実施形態のように、ＳＨ表面波探触子を使用すると、ＳＨ表面波の場合、合わせ材１４の表面透過による減衰が非常に少ないことが期待でき、例えば合わせ材表面に液体や固体等の接触物があっても、その影響を受けることがない。ＳＶ表面波も斜角に比べて減衰の度合が小さいので、長距離探傷に有効である。
【００２３】
本実施形態においては、超音波探触子６０を１個用いて、反射波６４により欠陥を検出しているので、特に海洋構造物や沿岸構造物等のジャケット構造のように、検出対象の片側（海面の上側）にしか探触子を設定できない場合にも有効である。なお、図９に示す第２実施形態のように、超音波送信子７０とは別体の超音波受信子７２を設け、空洞欠陥１９等により発生する散乱波７４から空洞欠陥の有無を検出するように構成することも可能である。
【００２４】
なお、図９では、別体の超音波受信子７２は、超音波送信子７０と対向して設けられているが、送受信を別々にするものであれば、その形態は問わない。
【００２５】
前記実施形態においては、いずれも、表面ＳＨ波が用いられていたが、表面ＳＶ波や縦波を用いることも可能である。
【００２６】
又、前記実施形態においては、本発明が空洞欠陥の探傷に利用されていたが、本発明の探傷対象は、これに限定されず、合わせ材の剥離、接着不良、腐食疲労欠陥、未圧着部等の探傷にも、同様に適用可能である。
【００２７】
又、前記実施形態においては、いずれもクラッド材が探傷対象とされていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、クラッド材以外の接合材の界面、あるいは、接合以外の固相間界面一般の探傷にも同様に適用できることは明らかである。
【実施例】
【００２８】
本発明の第１実施形態をステンレスクラッド鋼板に適用した実施例を図１０（Ａ）（断面図）（Ｂ）（平面図）に示す。本実施例のクラッド鋼板（１３）は、合わせ材１４にＳＵＳ３１６Ｌステンレス（板厚３ｍｍ）、母材１６に軟鋼材（板厚１２ｍｍ）を使用したものである。
【００２９】
ステンレス中の横波の音速は３１００ｍ／秒、軟鋼中の横波の音速は３２００ｍ／秒であることから、前記（１）式において、Ｃｉ＝３１００、Ｃｒ＝３２００とおくと、界面に沿って超音波を伝播させるべく屈折角θｒ＝９０となる入射角θｉは、次式で表わされる。
【００３０】
θｉ＝arc  sin（Ｃｉ／Ｃｒ）≒７６      …（２）
【００３１】
そこで、入射角θｉが７６度となるように超音波探触子６０を選定・調整し、合わせ材１４側より界面１５を貫通する深さ４ｍｍの空洞欠陥を模擬したドリル孔８０を検出できる限界距離を検討した。ここで、合わせ材１４の表面から段階的にドリルで孔を開けた試験片について実験したところ、孔の深さが界面１５に達した瞬間に反射エコーが立つことが確認でき、又、それ以上深くなってもエコーは変化しなかった。従って、本発明の方法によりＳＨ波が界面を伝播していることは明らかである。
【００３２】
図１１に本実施例の探傷データを示す。この図は、横軸に探傷距離、縦軸に、図４に示した表示器５４の画面で８０％のエコー高さを得るのに必要な受信・増幅器３２の増幅率を求めたものである。本データでは、試験体のサイズの制限から、最大約１５００ｍｍ程度のデータとなっているが、１５００ｍｍの探傷距離でもノイズレベルとの差は２５ｄＢ以上あり、１５００ｍｍの遠隔距離においても、非常に明瞭に空洞欠陥を検出できることが分かる。又、グラフを外挿すると、ノイズレベルとの関係から、凡そ３５００ｍｍ程度までの長距離探傷が可能と推察される。つまり、探触子の設定位置から半径３５００ｍｍ程度の範囲にある空洞欠陥を検出することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、クラッド材の界面を突き抜ける欠陥の検出に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の適用対象の一例である海洋構造物や沿岸構造物等のジャケット構造を示す正面図
【図２】同じくクラッド鋼管の断面図
【図３】従来の垂直超音波探傷の原理を示す断面図
【図４】従来のクラッド材の厚み測定技術を示す、一部断面図を含むブロック図
【図５】同じくエコー図
【図６】表面ＳＨ波超音波探傷法を示す平面図及び断面図
【図７】本発明における超音波の伝播経路を概念的に示した断面図
【図８】本発明の第１実施形態の構成及び往路と復路の超音波の伝播状態を示す断面図及び平面図
【図９】本発明の第２実施形態の構成を示す断面図及び平面図
【図１０】本発明の効果を確認するために行なった実験の概要を示す断面図及び平面図
【図１１】本発明の効果を確認した実験データ、及び、長距離探傷の限界距離を説明した図
【符号の説明】
【００３５】
１２…クラッド鋼管
１３…クラッド材
１４…合わせ材
１５…界面
１６…母材
３０…送信器
３２…受信・増幅器
６０…超音波探触子
６１…送信波
６２…反射波
７０…超音波送信子
７２…超音波受信子
７４…散乱波
８０…ドリル孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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